.jpg/1280px-D%C3%89TECTEUR_MAGN%C3%89TIQUE_(radio).jpg)
Магнитный детектор или магнитный детектор Маркони , иногда называемый «Мэгги», был ранним детектором радиоволн, использовавшимся в некоторых из первых радиоприемников для приема сообщений с помощью азбуки Морзе в эпоху беспроводной телеграфии на рубеже 20-го века. [1] [2] Разработанный в 1902 году пионером радио Гульельмо Маркони [1] [2] [3] на основе метода, изобретенного в 1895 году новозеландским физиком Эрнестом Резерфордом [4], он использовался в беспроводных станциях Маркони примерно до 1912 года, когда его заменили электронные лампы . [5] Он широко использовался на кораблях из-за своей надежности и нечувствительности к вибрации. Магнитный детектор был частью беспроводного аппарата в радиорубке RMS Titanic , который использовался для вызова помощи во время его знаменитого затопления 15 апреля 1912 года. [6]
Примитивные радиопередатчики с искровым разрядником, использовавшиеся в течение первых трех десятилетий радио (1886-1916), не могли передавать аудио (звук) и вместо этого передавали информацию по беспроводной телеграфии ; оператор включал и выключал передатчик с помощью телеграфного ключа , создавая импульсы радиоволн для записи текстовых сообщений азбукой Морзе . Таким образом, радиоприемное оборудование того времени не должно было преобразовывать радиоволны в звук, как современные приемники, а просто обнаруживать наличие или отсутствие радиосигнала. Устройство, которое делало это, называлось детектором . Первым широко используемым детектором был когерер , изобретенный в 1890 году. Когерер был очень плохим детектором, нечувствительным и склонным к ложным срабатываниям из-за импульсного шума, что побудило провести множество исследований по поиску лучших детекторов радиоволн.
Эрнест Резерфорд впервые использовал гистерезис железа для обнаружения волн Герца в 1896 году [4] [7] путем размагничивания железной иглы, когда радиосигнал проходил через катушку вокруг иглы, однако иглу приходилось перемагничивать, поэтому это не подходило для непрерывного детектора. [7] Многие другие исследователи беспроводной связи, такие как Э. Уилсон, К. Тиссо, Реджинальд Фессенден , Джон Амброуз Флеминг , Ли Де Форест , Дж. К. Балсилли и Л. Тьери впоследствии разработали детекторы, основанные на гистерезисе, но ни один из них не получил широкого распространения из-за различных недостатков. [7] Во многих более ранних версиях вращающийся магнит располагался над неподвижной железной полосой с катушками на ней. [8] Этот тип был чувствителен только периодически, когда магнитное поле менялось, что происходило, когда магнитные полюса проходили мимо железа.
Во время своих экспериментов по трансатлантической радиосвязи в декабре 1902 года Маркони обнаружил, что когерер слишком ненадежен и нечувствителен для обнаружения очень слабых радиосигналов от передач на большие расстояния. Именно эта потребность побудила его разработать свой магнитный детектор. Маркони разработал более эффективную конфигурацию с движущейся железной лентой, приводимой в движение часовым двигателем, проходящей мимо неподвижных магнитов и катушек, что приводило к непрерывной подаче железа, которое изменяло намагниченность, и, таким образом, к непрерывной чувствительности (Резерфорд утверждал, что он также изобрел эту конфигурацию). [8] Магнитный детектор Маркони был «официальным» детектором, используемым компанией Marconi с 1902 по 1912 год, когда компания начала переходить на лампу Флеминга и вакуумные трубки типа Аудион . Он использовался до 1918 года.
См. рисунок справа. Версия Маркони состояла из бесконечной железной ленты ( B ), сплетенной из 70 нитей железной проволоки калибра 40, покрытой шелком . Во время работы лента проходит через два шкива с канавками, вращаемых заводным двигателем . [1] [2] Железная лента проходит через центр стеклянной трубки, которая плотно намотана одним слоем на несколько миллиметров медной проволокой калибра 36, покрытой шелком . Эта катушка ( C ) функционирует как катушка возбуждения радиочастот . Поверх этой обмотки находится небольшая бобина, намотанная проводом того же калибра с сопротивлением около 140 Ом . Эта катушка ( D ) функционирует как катушка звукоснимателя . Вокруг этих катушек расположены два постоянных подковообразных магнита для намагничивания железной ленты, когда она проходит через стеклянную трубку. [1]
Устройство работает за счет гистерезиса намагниченности в железных проводах. [1] [2] Постоянные магниты расположены так, чтобы создавать два противоположных магнитных поля, каждое из которых направлено к (или от) центра катушек в противоположных направлениях вдоль провода. Это работает для намагничивания железной полосы вдоль ее оси, сначала в одном направлении, когда она приближается к центру катушек, а затем меняет ее магнетизм на противоположный, когда она покидает другую сторону катушки. [2] Из-за гистерезиса ( коэрцитивной силы ) железа требуется определенное пороговое магнитное поле ( коэрцитивное поле , H c ), чтобы обратить намагничивание. Таким образом, намагниченность в движущихся проводах не меняет знак в центре устройства, где поле меняет знак, а на некотором расстоянии к отходящей стороне проводов, когда поле второго магнита достигает H c . [1] [2] Хотя сам провод движется через катушку, при отсутствии радиосигнала место, где намагничивание «переворачивается», неподвижно относительно приемной катушки, поэтому нет изменения потока и напряжение в приемной катушке не индуцируется.
Радиосигнал от антенны ( A ) принимается тюнером ( не показан ) и передается через катушку возбуждения C , другой конец которой соединен с землей ( E ). [2] Быстро меняющее полярность магнитное поле от катушки превышает коэрцитивную силу H c и отменяет гистерезис железа, заставляя изменение намагниченности внезапно перемещаться вверх по проводу к центру, между магнитами, где поле меняет полярность. [1] [2] Это имело эффект, аналогичный втыканию магнита в катушку, заставляя магнитный поток через приемную катушку D изменяться, вызывая импульс тока в приемной катушке. Звуковая приемная катушка подключена к телефонному приемнику ( наушнику ) ( T ), который преобразует импульс тока в звук . [2]
Радиосигнал от передатчика с искровым разрядником состоял из импульсов радиоволн ( затухающих волн ), которые повторялись со звуковой частотой, около нескольких сотен в секунду. Каждый импульс радиоволн создавал импульс тока в наушнике, [1] поэтому сигнал звучал как музыкальный тон или жужжание в наушнике.
Железная лента вращалась с помощью главной пружины и часового механизма внутри корпуса. Для скорости ленты были даны разные значения, от 1,6 до 7,5 см в секунду; устройство, вероятно, могло работать в широком диапазоне скоростей ленты. [8] Оператор должен был держать главную пружину заведенной, используя рукоятку сбоку. Иногда операторы забывали ее завести, поэтому лента переставала вращаться, и детектор переставал работать, иногда во время радиосообщения.
Детектор производил электронный шум , который был слышен в наушниках как «шипящий» или «ревущий» звук на заднем плане, что было несколько утомительно для прослушивания. [9] Это был шум Баркгаузена из-за эффекта Баркгаузена в железе. [9] Поскольку магнитное поле в заданной области железной проволоки изменялось по мере ее перемещения через детектор, микроскопические доменные стенки между магнитными доменами в железе перемещались серией рывков, поскольку они застревали на дефектах в кристаллической решетке железа, а затем освобождались. Каждый рывок производил крошечное изменение магнитного поля через катушку и вызывал импульс шума.
Поскольку на выходе получался переменный, а не постоянный ток, детектор можно было использовать только с наушниками, а не с обычным записывающим устройством, используемым в радиотелеграфных приемниках когерерного типа, — сифонным бумажным лентопротяжным устройством. [10]
С технической точки зрения для работы необходимо несколько тонких предпосылок. Сила магнитного поля постоянных магнитов на железной полосе должна быть того же порядка, что и сила поля, создаваемого катушкой возбуждения радиочастоты, что позволяет радиочастотному сигналу превышать пороговый гистерезис (коэрцитивную силу) железа. Кроме того, импеданс тюнера, который подает радиосигнал, должен быть низким, чтобы соответствовать низкому импедансу катушки возбуждения, что требует особых конструктивных соображений тюнера. Импеданс телефонного наушника должен примерно соответствовать импедансу катушки звукоснимателя, который составляет несколько сотен Ом. Железная полоса движется со скоростью несколько миллиметров в секунду. Магнитный детектор был намного более чувствительным, чем когереры, обычно используемые в то время, [1] хотя и не таким чувствительным, как клапан Флеминга , который начал заменять его около 1912 года. [5]
В « Справочнике по техническим инструкциям для беспроводных телеграфистов » Дж. К. Хоукхеда (второе издание, пересмотренное Г. М. Доусеттом) на стр. 175 приводятся подробные инструкции и спецификации по эксплуатации и обслуживанию магнитного детектора Маркони.
В 1902 году Маркони изобрел две формы магнитного детектора, одну из которых он развил в детектор электрических волн необычайной чувствительности и полезности.
Медиа, связанные с Магнитные детекторы на Wikimedia Commons